vadimk772336

Untitled

Apr 19th, 2020
547
0
Never
Not a member of Pastebin yet? Sign Up, it unlocks many cool features!
C++ 8.42 KB | None | 0 0
  1. #include <iostream>
  2. #include <math.h>
  3. #include <cmath>
  4. #include <stdlib.h>
  5. #include <fstream>
  6. using namespace std;
  7.  
  8. //Нормирует вектор y размерности N
  9. void normalize(double* y, int N)
  10. {
  11.     int i;
  12.     double norm, result = 0;
  13.     for (i = 0; i < N; i++)
  14.         result += y[i] * y[i];
  15.     norm = sqrt(result);
  16.  
  17.     for (i = 0; i < N; i++)
  18.         y[i] = y[i] / norm;
  19. }
  20.  
  21. //Записывает в res результат умножения матрицы А на столбец х
  22. void Multiply_Ax(double** A, double* x, double* res, int N)
  23. {
  24.     int i, j;
  25.  
  26.     for (i = 0; i < N; i++) {
  27.         res[i] = 0;
  28.         for (j = 0; j < N; j++) {
  29.             res[i] += A[i][j] * x[j];
  30.         }
  31.     }
  32. }
  33.  
  34. void Gauss_Seidel_method(double** A, double* B, double* x, int N, double deviation)
  35. {
  36.     int i, j, k = 0;
  37.     double tmp, sum;
  38.  
  39.     //Перестановка строк в случае, если есть нулевой диаг элемент
  40.     for (i = 0; i < N; i++) {
  41.         if (A[i][i] == 0) {
  42.             for (j = i + 1; j < N; j++) {
  43.                 if (A[j][i] != 0) {
  44.                     for (k = 0; k < N; k++) {
  45.                         tmp = A[j][k];
  46.                         A[j][k] = A[i][k];
  47.                         A[i][k] = tmp;
  48.                     }
  49.                     tmp = x[i];
  50.                     x[i] = x[j];
  51.                     x[j] = tmp;
  52.                     tmp = B[i];
  53.                     B[i] = B[j];
  54.                     B[j] = tmp;
  55.                 }
  56.             }
  57.         }
  58.     }
  59.  
  60.     //Реализация алгоритма
  61.     k = 0;
  62.     int flag = 1;
  63.     while (flag > 0 && k < 300) {
  64.         flag = 0;
  65.         for (i = 0; i < N; i++) {
  66.             for (j = 0; j < N; j++) {
  67.                 if (j != i)
  68.                     sum += A[i][j] * x[j];
  69.             }
  70.             tmp = B[i];
  71.             x[i] = (tmp - sum) / A[i][i];
  72.             sum = 0;
  73.         }
  74.         k++;
  75.  
  76.         //Проверка невязки (B - A*x')
  77.         for (i = 0; i < N; i++) {
  78.             tmp = B[i];
  79.             for (j = 0; j < N; j++)
  80.                 tmp -= A[i][j] * x[j];
  81.  
  82.             if (abs(tmp) > deviation) {
  83.                 flag = 1;
  84.             }
  85.         }
  86.     }
  87. }
  88.  
  89. void Gradient_descent_method(double** A, double* B, double* x, int N, double deviation)
  90. {
  91.     int i, j, k, flag = 1;
  92.     double tau = 0, sum = 0;
  93.     double denominator = 0, numerator = 0, tmp;
  94.     double* r = new double[N];
  95.     double* res = new double[N];
  96.  
  97.     k = 0;
  98.     while (flag > 0 && k < 300) {
  99.         flag = 0;
  100.  
  101.         for (i = 0; i < N; i++) {
  102.             sum = 0;
  103.             for (j = 0; j < N; j++)
  104.                 sum += A[i][j] * x[j];
  105.             //cout << "sum " << sum << " b[i] " << B[i] << endl;
  106.             r[i] = sum - B[i];
  107.             //cout << "r[" << i << "] = " << r[i] << endl;
  108.         }
  109.  
  110.         Multiply_Ax(A, r, res, N);
  111.         for (j = 0; j < N; j++) {
  112.             //cout << "res " << res[j] << endl;
  113.             denominator += res[j] * r[j];
  114.             numerator += r[j] * r[j];
  115.         }
  116.         //cout << "denominator = " << denominator << endl;
  117.         //cout << "numerator = " << numerator << endl;
  118.         tau = numerator / denominator;
  119.         denominator = 0;
  120.         numerator = 0;
  121.         //cout << "tau " << tau << endl;
  122.  
  123.         for (i = 0; i < N; i++) {
  124.             x[i] -= tau * r[i];
  125.             //cout << "x[" << i << "] = " << x[i] << endl;
  126.         }
  127.         //Проверка невязки (B - A*x' = 0)
  128.         for (i = 0; i < N; i++) {
  129.             tmp = B[i];
  130.             for (j = 0; j < N; j++)
  131.                 tmp -= A[i][j] * x[j];
  132.            // cout << "difference : " << tmp << endl;
  133.             if (abs(tmp) > deviation)
  134.                 flag = 1;
  135.             break;
  136.         }
  137.         k++;
  138.     }
  139. }
  140.  
  141. //Степенной метод нахождения макс собств числа
  142. double Power_iteration(double** A, int N, double deviation)
  143. {
  144.     int flag = 1, i;
  145.     double lambda;
  146.  
  147.     double* x = new double[N];
  148.     double* y = new double[N];
  149.     for (i = 0; i < N; i++)
  150.         x[i] = 1.0;
  151.  
  152.     while (flag > 0) {
  153.         flag = 0;
  154.  
  155.         Multiply_Ax(A, x, y, N);
  156.  
  157.         for (i = 0; i < N; i++)
  158.             if (abs(y[i] - lambda * x[i]) > deviation)
  159.                 flag = 1;
  160.        
  161.         lambda = 0;
  162.         for (i = 0; i < N; i++)  
  163.             lambda += x[i] * y[i];
  164.        
  165.         normalize(y, N);
  166.         for (i = 0; i < N; i++)
  167.             x[i] = y[i];
  168.     }
  169.     return lambda;
  170. }
  171.  
  172. void Gaussian_elimination(double** A, double* B, double* x, int n) {
  173.  
  174.     double* tmp_mas;
  175.     tmp_mas = new double[n];
  176.  
  177.     int i, j, k, index;
  178.     double tmp, max, r;
  179.  
  180.     for (j = 0; j <= n - 2; j++) {
  181.  
  182.         max = abs(A[j][j]);
  183.         index = j;
  184.  
  185.         for (i = index + 1; i <= n - 1; i++) {
  186.             if (abs(A[i][index]) > max) {
  187.                 max = abs(A[i][index]);
  188.                 index = i;
  189.             }
  190.         }
  191.  
  192.         if (index != j) {
  193.             for (i = 0; i <= n - 1; i++) {
  194.                 tmp_mas[i] = A[j][i];
  195.                 A[j][i] = A[index][i];
  196.                 A[index][i] = tmp_mas[i];
  197.             }
  198.             tmp = B[j];
  199.             B[j] = B[index];
  200.             B[index] = tmp;
  201.         }
  202.  
  203.         for (i = j + 1; i <= n - 1; i++) {
  204.             r = -A[i][j] / A[j][j];
  205.  
  206.             for (k = j; k <= n - 1; k++) {
  207.                 A[i][k] = A[i][k] + r * A[j][k];
  208.             }
  209.             B[i] = B[i] + r * B[j];
  210.         }
  211.     }
  212.  
  213.  
  214.     x[n - 1] = B[n - 1] / A[n - 1][n - 1];
  215.     for (i = n - 2; i >= 0; i--) {
  216.         tmp = 0.0;
  217.         for (int j = i + 1; j <= n - 1; j++)
  218.             tmp += A[i][j] * x[j];
  219.         x[i] = (B[i] - tmp) / A[i][i];
  220.     }
  221. }
  222.  
  223. double scalar(double* x, double* y, int N) {
  224.     double sum = 0;
  225.     for (int i = 0; i < N; i++)
  226.         sum += x[i]*y[i];
  227.     return sum;
  228. }
  229.  
  230. double Inverse_Power_iteration(double** A, int N, double deviation)
  231. {
  232.     int flag, i, j;
  233.     double lambda;
  234.  
  235.     double** A_copy;
  236.     A_copy = new double*[N];
  237.     for (i = 0; i < N; i++) A_copy[i] = new double[N];
  238.     double* x_copy = new double[N];
  239.    
  240.     double* x = new double[N];
  241.     double* y = new double[N];
  242.     double* res = new double[N];
  243.    
  244.     for (i = 0; i < N; i++)
  245.         x[i] = 1.0;
  246.        
  247.     do {
  248.         flag = 0;
  249.  
  250.         for (i = 0; i < N; i++) {
  251.             x_copy[i] = x[i];
  252.             for (j = 0; j < N; j++)
  253.                 A_copy[i][j] = A[i][j];
  254.         }
  255.        
  256.         Gaussian_elimination(A_copy, x_copy, y, N); //Ay=x
  257.        
  258.         lambda = scalar(x,y,N)/scalar(y,y,N);
  259.        
  260.         Multiply_Ax(A, x, res, N);
  261.         for (i = 0; i < N; i++)
  262.             if (abs(res[i] - lambda * x[i]) > deviation)
  263.                 flag = 1;
  264.        
  265.         normalize(y,N);
  266.    
  267.         for (i = 0; i < N; i++)
  268.             x[i] = y[i];
  269.            
  270.     } while (flag > 0);
  271.    
  272.     return lambda;
  273. }
  274.  
  275. int main()
  276. {
  277.     setlocale(LC_ALL, "RUS");
  278.  
  279.     int i, j;
  280.     int N = 3;
  281.     double deviation = 1e-5;
  282.     double max_lambda, min_lambda;
  283.  
  284.     double* B = new double[N];
  285.     double* x = new double[N];
  286.     //double* res = new double[N];
  287.     double** A;
  288.     A = new double*[N];
  289.     for (i = 0; i < N; i++) {
  290.         A[i] = new double[N];
  291.         x[i] = 1; //Первое приближение
  292.     }
  293.    
  294.     A[0][0] = 1;
  295.     A[0][1] = 1;
  296.     A[0][2] = -2;
  297.     A[1][0] = 1;
  298.     A[1][1] = 4;
  299.     A[1][2] = -1;
  300.     A[2][0] = -2;
  301.     A[2][1] = -1;
  302.     A[2][2] = 5;
  303.     B[2] = 5;
  304.     B[0] = 2;
  305.     B[1] = 3;
  306.  
  307.    
  308.  
  309.     //Вывод
  310.     /*for (i = 0; i < N; i++) {
  311.         for (j = 0; j < N; j++)
  312.             cout << A[i][j] << "\t";
  313.         cout << " = " << B[i];
  314.         cout << "; x[" << i << "] = " << x[i] << endl;
  315.     } cout << endl << endl;*/
  316.    
  317.     //Gauss_Seidel_method(A, B, x, N, deviation); //Работает
  318.     //Gradient_descent_method(A, B, x, N, deviation); //Работает
  319.    
  320.     //max_lambda = Power_iteration(A, N, deviation);
  321.     min_lambda = Inverse_Power_iteration(A, N, deviation);
  322.     cout << min_lambda;
  323.    
  324.  
  325.     //Вывод
  326.     /*cout << endl << endl;
  327.     for (i = 0; i < N; i++) {
  328.         for (j = 0; j < N; j++)
  329.             cout << A[i][j] << "\t";
  330.         cout << " = " << B[i];
  331.         cout << "; x[" << i << "] = " << x[i] << endl;
  332.     }*/
  333.  
  334.     cout << endl;
  335.  
  336.     return 0;
  337. }
Advertisement
Add Comment
Please, Sign In to add comment